地铁盾构法施工地面沉降控制管理研究

摘要：本文分别从盾构施工地面沉降监测的内容、监测方法、沉降监测数据处理方法以及沉降规律研究几个方面探讨了盾构法施工隧道工程地面沉降控制技术，并以天津市区至滨海新区快速轨道交通工程中山门区间为例，分别从以上几个方面进行了研究，在横向沉降规律上对peck公式的两个重要参数v和k进行了修正（v从0.5%～2.0%改为1.0%～1.5%，k有0.4～0.6改为0.5～0.6），确定了纵向沉降指数曲线函数的参数范围（A -15～-20mm，B 0.03～0.09，S0 -3mm～7mm,x0 0～5m）,这些丰富盾构法施工地面沉降控制技术研究。

关键词：盾构施工，地面沉降控制管理 引言

盾构法施工隧道在国外已有180余年的历史，十九世纪末、二○世纪初，欧洲大陆便开始广泛采用了盾构法隧道施工技术，我国在第一个五年计划期间在东北阜新煤矿用直径2.6m的盾构进行了疏水巷道的施工 [1]。

盾构法施工隧道在天津地铁一号线建设中首次应用，尽管积累了一些地面沉降控制和环境保护的经验。但是在市区繁华地段进行盾构施工，掘进中对周边施工影响范围内的建（构）筑物、地下管线、地面道路、桩基础等各种设施的沉降控制及环境保护还是有着较大难

度。

1工程地质概况

根据勘察结果，本区段隧道洞身主要位于第一陆相层④及第一海相层⑤中，其中CK6+820～CK7+440区段洞身主要位于⑤2、⑤3、⑤4中，基底位于⑤3、⑤4地层，下卧层为⑤5软弱下卧层。在CK7+440～CK7+600区段，洞身主要位于④、⑤2及⑤3中，基底位于⑤2、⑤3、⑤4层中。④5及⑤2、⑤4为弱透水层。该区段4.0～15.0m以上地层多呈流塑～软塑状态，粉质粘土及粉土属于中～高压缩性土，围岩稳定性差，结构松散，基底稳定性差，洞身易发生过大变形。盾构主要穿越地层为粉质粘土、粉土。线路的其他参数见表1

2盾构施工地面沉降监测的内容 2.1 沉降监测的内容

其中土体变形、土压力、土体沉降、地表沉降及空隙水压力，盾构开挖面土压、出土量、注浆量及推力，盾构姿态，建筑物沉降、裂缝、倾斜，隧道衬砌土压力、变形及应力等方面都是盾构施工监测的内容。其中土体沉降、土体水平位移和地表沉降是盾构施工地面监测内容[2、3]。

2.2 本工程主要的监测内容

其中建筑物沉降、裂缝、倾斜、地表沉降和盾构姿态等方面都是该工程进行监测的。

3 盾构施工地面沉降监测方法 3.1 盾构施工地面沉降监测方法

盾构法隧道施工过程中顶面沉降监测是最主要的检测项目，其中监测技术方法包含以下几种[4、5]：液体静力水准测量方法、分层沉降仪测定法、几何水准测量方法和侧斜仪测定方法。

检测基准传感器点的布设原则：布设位置要求距最近盾构掘进轴线垂直距离大于25m，采用防日照和干扰的措施，其位置稳定可靠。监测传感器的布设原则：布设要求建在建筑物较敏感位置，施工扰动最大危害位置，横向沉降槽2/3径向区间。

4 沉降监测数据处理方法的选取研究 4.1沉降监测数据处理方法

监测数据的处理方法可分为统计学方法和确定性方法两大类。实际使用过程中常用的监测数据处理方法有。

式中：S(x)(mm)为隧道中线上最大的地表沉降；A、B x0、S0分别为回归参数，随不同地层、不同隧道而不同；x(m)为与开挖面的距离；x0（m）、S0(mm)分别为拐点处的坐标。

（3) 地表沉降的横向沉降变形规律和横向沉降槽的影响 Pec

k对大量隧道施工引起的地面沉降实测数据进行了分析，并认为隧道开挖后引起的地面沉降是在不排水条件下发生的，沉降槽体积等于地层损失的体积，地面沉降的横向分布可用正态分布曲线来描述：

式中：S( x)— 距离隧道中心线处的地表沉降，m；Smax — 隧道中心线处最大地面沉降，m； x— 距隧道中心线的距离，m；i— 沉降槽半宽度，m；Vs—— 盾构隧道单位长度地层损失，m3／m。

Peck公式有 Vs (地层损失)和i(沉降槽半宽度)2个参数．合理确定这2个参数对于正确预测地面沉降的量值和分布情况起着至关重要的作用．地层损失通常表示为：

式中： Vl——地层体积损失率，即单位长度地层损失占单位长度盾构体积的百分比；rO——盾构机外径，m

（1）地表沉降的横向沉降变形规律

本次运用Peck公式对工程右线隧道R48环至R434环沉降断面的沉降量数据进行统计分析。然后绘制右线隧道R48环至R434环断

面沉降散点图及沉降曲线拟合图，得出对于本工程及天津地区参数Vl的取值范围需由0．5％～2．0％改为1.0%～1.5%，参数k的取值范围需由0.4 ～0.6改为0.5～0.6。

（2）地表沉降的纵向沉降变形规律

运用指数曲线函数对左线隧道L124环轴线沉降点的纵向历程沉降量数据进行列表统计，及绘制纵向历程沉降量散点图及沉降曲线拟合图（图2）得出了适应本工程及天津地质条件和盾构隧道施工工艺的A、B、S0和x0这4个参数的具体取值范围。

结论：天津市区至滨海新区快速轨道交通工程中山门区间为例，系统的分析了盾构施工地面沉降控制管理，在横向沉降规律上对peck公式的两个重要参数v和k进行了修正（v从0.5%～2.0%改为1.0%～1.5%，k有0.4～0.6改为0.5～0.6），确定了纵向沉降指数曲线函数的参数范围（A -15～-20mm，B 0.03～0.09，S0 -3mm～7mm,x0 0～5m）,这些丰富盾构法施工地面沉降控制技术研究。

参考文献：

[1] 赵运臣. 城市地下工程施工引起的地表沉降规律研究及数据库开发[D].同济大学硕士论文，2007.88-107.

[2] 李东海，刘军，刘继尧等. 盾构隧道施工引起的地表沉降因

素分析[J].市政技术，2008，26(2):131—171.

[3] 魏纲. 盾构法隧道施工引起的土体变形预测[J]. 岩石力学与工程学报，2009，28(2):418—424.

[4] 韩学诠. 盾构施工地面沉降控制[J]. 铁道建筑技术，2009(6):55—59.

[5] Yukinori Koyama. Present status and technology of shield tunneling method in Japan [J]. Tunneling and Underground Space Technology，2003（18）：145–159.